LEPTON TAU : jako taki, oraz zastosowania. w niskich i wysokich energiach. Zbigniew Wąs

Transkrypt

1 LEPTON TAU : jako taki, oraz zastosowania w niskich i wysokich energiach Zbigniew Wąs Podziękowania: A. Kaczmarska, E. Richter-Wąs (Atlas); A. Bożek (Belle); T. Przedziński, P. Golonka (IT); R. Decker, S. Jadach, M. Jeżabek, J. H. Kuhn, Q. Xu, G. Nanava, O. Shekhovtsova, P. Roig (TH) i inni

2 Składniki materii Kwarki (Gell-Mann) 1964 Proton Układ okresowy podstawowych składników materii 2

3 Główne własności ` Lepton : cząstka elementarna. ` Cięższa kopia elektronu/muonu m=1.77 GeV. Elementarne pole Teorii Standardowej (opisującej wszystkie znane oddziaływania poza grawitacyjnymi). Dzięki dużej masie rozpada się, wiele kanałów rozpadu. Produkty rozpadu są obserwowane (oczywisice poza neutrinami). Rozpady zależą od polaryzacji

4 Produkcja i rozpad leptonu tau. Ogólny schemat Stan początkowy: para pp Parton Shower, Underlying evt. Twardy proces: Z, para WW, Higgs, cząstki nowej fizyki, Poprawki elektrosłabe, pośrednie efekty noej fizyki,... Rozróznia parzystość P (CP). Rozpad (QCD ~1 GeV) detektor (natychmiast) Czas życia tłumaczy się na 3mm przesunięcie wierzchołka. Jest to obserwowalne. (natychmiast)

5 Wynikają z tego różne twarze leptonu tau ` Strona eksperymentów fizyki wysokich energii: LHC, LC? Strona eksperymentów niskich energii: Belle, BaBar? I jeszcze niższych energii eksperymenty: Frascati, Nowosybirsk, Beijing? Czego oczekuje fenomenolog niskich energii: Przełom opisu oddziaływań silnych Rachunki na siatkach Czego oczekuje fenomenolog wysokich energii: Sygnatury Higgsa Sygnatury nowej Fizyki Dlaczego symulacje są potrzebne i co robimy w Krakowie.

6 LHC i detektory General-purpose Higgs SUSY?? B-physics CP Violation Heavy Ions Quark-gluon plasma General-purpose Higgs SUSY?? 6

7 LHC Detektory ATLAS, CMS: -Koszt 940MCHF -Uczeni ~3720 -Instytucje 301 -Kraje 50 ALICE: -Koszt 118MCHF -Uczeni ~1020 -Instytucje 80 -Kraje 28 LHC-B: -Koszt 75MCHF -Instytucje 47 -Uczeni ~501 -Kraje 13 7

8 Igła w stogu siana... Kolizje razy na sekundę... Simulation of Higgs decay into 4 muons in the ATLAS detector... Tylko raz na 1,000,000,000,000 przypadków Higgs 8

9 Eksperyment fizyki wysokich energii Lepton czyli jego produkty rozpadu Elektron bądź muon, 1,2,3 lub 4 piony oraz brakująca energia wyniesiona przez neutrino Produkty rozpadu są odseparowane przestrzennie od innych obiektów, których jest dużo. Rekonstrukcja π0 na granicy możliwości... oraz jego własności

10 Eksperymenty fizyki niskich energii ` Dobrze widoczne i łatwe do zrekonstruowania produkty rozpadu (poza neutrinami) ` Można zmierzyć wszystko Ponieważ rozpady są wielociałowe to trzeba mierzyć rozkłady w wielowymiarowej przestrzeni fazowej 2+3(n-2)=2,5,8,11,... Mnogość kanałów rozpadu wiąże się ze złożonym tłem. Każdy kanał dostarcza tło dla innych Dziesiątki milionów niezanalizowanych przypadków. Trudne bogactwo.

11 Przypadek tau tau Belle, znacznie mniej linii, praktycznie tylko produkty rozpadu tau

12 Belle BaBar Przypadek zawiera praktycznie tylko produkty rozpadu + i Wszystkie produkty rozpadu są mierzalne Również i teraz mamy do czynienia z tłem, ale jest ono łatwiejsze do kontroli Ale wymagana precyzja jest znacznie wyższa

13 Tyopwy wynik pomiaru, rozkłady mas niezmienniczych

14 Eksperymenty jeszcze niższych energii ` Nie są w stanie zaobserwować leptonów tau Ale obserwują podobne stany hadronowe Dzięki symetrii izospinowej (kwarki u i d mają masę bliską zera) np. proces rozpadu leptonu tau na π+ π0 neutrino powinien mieć bardzo podobny element macierzowy jak dla produkcji e+ e- π+ π To jest ważne: test podstawowych symetrii QCD w zakresie nieperturbacyjnym. Czy można wykorzystywać dane rozpadu tak jak dane e+ e-?

15 Tyopwy wynik pomiaru, rozkłady mas niezmienniczych

16 Teoria: po co są te pomiary Fizyka niskich energii ` Jak można opisać rozpady Efektywne teorie pochodzące z QCD Resonance Chiral Lagrangians Obliczone czy zgadnięte Fantastyczne laboratorium dla nieperturbacyjnej QCD Obliczenia na siatkach są coraz skuteczniejsze

17 Teoria: po co są te pomiary Fizyka wysokich energii Lepton ma dużą masę, poprzez oddziaływanie Yukawy sprzęga się z nowymi cząstkami dlatego stanowi okno dla nowej fizyki: Higgs, supersymetria itp. Ponieważ jest obserwowany poprzez produkty rozpadu można zidentyfikować jego stan spinowy. Pomiar parzystości Higgsa w rozpadzie na parę leptonów.

18 Wynik pomiaru: kąt ujawni parzystość Higgsa

19 Co robimy w Krakowie? Generatory Monte Carlo Od wielu lat pracujemy nad generatorem rozpadów ` TAUOLA, Program ten tworzy pomost pomiędzy wieloma twarzami leptonu, ` Jest używany przez wszystkie eksperymenty oraz przez teoretyków... Główna dokumentacja programu: Decker, Jadach, Jeżabek, Kuhn, Wąs ma już 497 cytacji, Nowe modele, nowe analizy danych. S. Eidelman, T. Pierzchała, T. Przedziński, O. Shekhovtsova, V. Cherepanov, P. Roig, Pozwala optymalizować analizy danych, budować wielkości mierzalne etc.

20 Co robimy w Krakowie? ` Symulacje samych rozpadów nie wystarczą. Generatory procesu produkcji. KKMC (ponad 300 cytacji), KORALZ (ponad 400 cytacji) służyły eksperymentom LEP a teraz służą Belle/BaBar KRKMC być może będzie pełnił taką rolę dla LHC Uniwersalny choć trochę uproszczony sposób podłączenia rozpadów tau do procesów produkcji to uniwersalny algorytm pracujący w FORTRANie i w C++. Ma już teraz ponad 50 w tym z eksperymentów LHC i TEVATRONu Optymalizacja analizy danych, nowe wielkości mierzalne: sygnatury dla odkrycia Higgsa w LHC (doktorat T. Szymocha), efekty teoretyczne i detektorowe razem, wieloletnia specjalność krakowskiej grupy ATLAS. Czy to się uda utrzymać? Pomiar parzystości Higgsa w zderzaczach e+e-, G. Bower, M. Worek, K. Desch, A. Imhof, J. Kalinowski

21 Co robimy w Krakowie? ` Poprawki radiacyjne w rozpadach Fotony towarzyszą tworzeniu się cząstek. Są wszędzie i utrudniają rekonstrukcje przypadków; zmieniają warunki separacji tła od sygnału, zmieniają kształty rozkładów itp. Generator PHOTOS jest pomocny. Główna praca ma ponad 400 cytacji Na początku uniwersalny choć trochę uproszczony sposób polaczenia rozpadów z efektami QED. Od wielu lat pracujemy nad precyzją Amplitudy spinowe: A. van Hameren, Q. Xu, G. Nanava, P. Golonka,

22 Podsumowanie ` Lepton ma wiele twarzy, Nasz wkład w rozwój tej dziedziny to już ponad 20 lat, Współpraca z wieloma teoretykami, Współpraca praktycznie z wszystkimi eksperymentami Udział i przedstawianie generatorów na konferencjach tau od ponad 20 lat Czy konferencja TAU14 będzie w Krakowie?

23 Podsumowanie B Wczoraj dowiedziałem się że, mój referat ma być skierowany do studentów Należałoby więc wymienic jeszcze jeden aspekt: techniczny Może moje wykłady z dawnych czasoów okaża się pomocne jako wprowadzenie? Polecam: